在熱塑性彈性體應(yīng)用領(lǐng)域，磨損掉屑是一個頻繁發(fā)生卻極為棘手的問題。與靜置時的老化不同，這是一種動態(tài)的、持續(xù)的損傷，表現(xiàn)為制品表面在摩擦、刮擦或反復(fù)形變中，不斷有微小顆粒甚至片狀材料脫離主體。無論是汽車密封條的磨損失效、醫(yī)療器械部件的微粒污染，還是日用消費品邊緣的碎屑脫落，磨損掉屑直接影響產(chǎn)品的功能壽命、使用安全與品牌聲譽。從本質(zhì)上講，這是一個材料表面強度與外部機械應(yīng)力之間的戰(zhàn)爭，當(dāng)磨損機制占據(jù)上風(fēng)，掉屑便不可避免。本文將深入剖析TPE材質(zhì)磨損掉屑背后的復(fù)雜原因，從材料本征屬性到加工成型，從使用環(huán)境到界面相互作用，提供一個系統(tǒng)性的診斷框架與應(yīng)對策略。

理解磨損掉屑：定義、形式與嚴重后果

磨損掉屑，指的是TPE制品表面材料在機械力作用下，發(fā)生疲勞、剝離并以碎屑形式脫落的現(xiàn)象。它不完全等同于整體的磨耗，更側(cè)重于局部材料的離散性喪失。其主要表現(xiàn)形式包括：均勻磨損導(dǎo)致的表面粉化，周期性應(yīng)力產(chǎn)生的片狀剝落，以及因粘附效應(yīng)導(dǎo)致的材料轉(zhuǎn)移。掉屑帶來的后果是多層面的。功能上，它直接改變關(guān)鍵尺寸，導(dǎo)致密封失效、傳動打滑或接觸不良。安全方面，脫落的微?？赡芪廴窘橘|(zhì)，這在醫(yī)療、食品或光學(xué)領(lǐng)域是災(zāi)難性的。感知質(zhì)量上，即使是微小的碎屑也會讓用戶對產(chǎn)品耐用性產(chǎn)生嚴重不信任。從物理本質(zhì)上講，磨損掉屑是材料表面或亞表層在交變應(yīng)力、剪切應(yīng)力作用下，發(fā)生微觀裂紋萌生、擴展并最終連接貫通，導(dǎo)致材料體素分離的過程。

材料本征因素：磨損掉屑的內(nèi)在基因

TPE的抗磨損掉屑性能，首先由其分子鏈結(jié)構(gòu)、相態(tài)分布和配方組成決定。這是材料的內(nèi)在基因，決定了其抵抗外力破壞能力的上限。

基礎(chǔ)聚合物結(jié)構(gòu)決定的機械強度與內(nèi)聚能

TPE的基體樹脂類型是抗磨損性能的基石。SEBS基TPE通常比SBS基表現(xiàn)出更好的耐磨性和抗撕裂性，因為其主鏈飽和，化學(xué)穩(wěn)定性更高，分子鏈在應(yīng)力作用下更不易斷裂。橡膠相本身的分子量及其分布至關(guān)重要。高分子量、窄分布的橡膠鏈能形成更有效的纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)，在受到剪切時能更好地分散應(yīng)力，延緩裂紋萌生。反之，低分子量部分或過寬的分布，會成為材料中的薄弱環(huán)節(jié)，率先破壞。塑料相的種類與比例同樣關(guān)鍵。以PP為塑料相的TPE硬度范圍寬，耐磨性較好；而以PE為塑料相則更柔軟，但抗刮擦性可能略遜。塑料相形成的物理交聯(lián)點密度和強度，直接決定了材料抵抗塑性變形的能力。一個常被忽視的因素是兩相之間的相容性與界面強度。 如果橡膠相與塑料相相容性差，界面模糊不清，在反復(fù)應(yīng)力作用下，微相分離的界面會成為裂紋優(yōu)先擴展的路徑，導(dǎo)致材料從相界面處開始剝離掉屑。

增塑體系與內(nèi)聚能的削弱

增塑劑的主要作用是降低硬度、增加柔順性。然而，增塑劑，特別是小分子礦物油的過量添加，是導(dǎo)致TPE表面發(fā)粘、內(nèi)聚強度下降繼而加劇磨損掉屑的常見原因。 過量的增塑劑會過度潤滑聚合物分子鏈，大幅削弱鏈間作用力。這導(dǎo)致材料表面層變得松軟，內(nèi)聚能密度降低。在摩擦過程中，表面材料更易發(fā)生粘附轉(zhuǎn)移，也更容易因疲勞而產(chǎn)生微小的碎屑脫落。此外，增塑劑與基體聚合物的相容性有極限。長期使用或特定環(huán)境下，增塑劑可能發(fā)生遷移或析出，在制品表面形成弱邊界層，這個弱邊界層是磨損掉屑的首發(fā)區(qū)域。

填充體系與應(yīng)力集中的雙刃劍

為了降低成本或賦予特定功能，在TPE中添加填料是常見做法。但填料對磨損性能的影響是一把雙刃劍。未經(jīng)表面處理的剛性填料，如碳酸鈣、滑石粉，與彈性體基體的界面結(jié)合通常較弱。 在摩擦或形變過程中，這些剛性粒子與周圍彈性基體的變形不協(xié)調(diào)，會在界面處產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中。反復(fù)的應(yīng)力循環(huán)下，界面會率先脫粘，形成微孔洞。這些微孔洞不斷增長、合并，最終導(dǎo)致填料粒子連同其包裹的少量基體一同脫落，形成碎屑。填料粒徑越大、形狀越不規(guī)則、分散越不均勻，這種應(yīng)力集中效應(yīng)就越顯著。即使是為提升耐磨性而添加的固體潤滑劑，如二硫化鉬或石墨，如果分散不良，同樣會成為磨損的起源點。

穩(wěn)定體系失效與表面降解

抗氧劑和紫外線吸收劑的不足或失效，會使得TPE材料，特別是表面層，在使用環(huán)境中（如光照、高溫、臭氧）發(fā)生降解。降解的本質(zhì)是聚合物分子鏈的斷裂或過度交聯(lián)。分子鏈斷裂導(dǎo)致表面材料粉化、強度下降，變得脆弱易脫落。過度交聯(lián)則使表面失去彈性，變得硬脆，在應(yīng)力下易以片狀剝落。這種因環(huán)境老化導(dǎo)致的表面性能劣化，是磨損掉屑的重要誘因，尤其是在戶外或苛刻工況下使用的TPE制品。

材料因素類別	具體問題	導(dǎo)致掉屑的機制	典型表現(xiàn)
基礎(chǔ)聚合物	SBS基，低分子量橡膠相	分子鏈易斷裂，纏結(jié)網(wǎng)絡(luò)弱，抗撕裂性差	磨損表面粗糙，呈撕裂狀，碎屑細小
增塑體系	白油/環(huán)烷油添加過量	過度潤滑分子鏈，大幅降低表面內(nèi)聚強度	表面發(fā)粘，磨損后呈粘著性轉(zhuǎn)移，碎屑易粘連
填充體系	大粒徑、未處理碳酸鈣高填充	填料-基體界面脫粘，成為應(yīng)力集中點與裂紋源	磨損表面可觀察到填料剝落后留下的孔洞
穩(wěn)定體系	抗氧劑/抗UV劑不足	表面層氧化降解，分子鏈斷裂或脆化	表面粉化、龜裂，碎屑呈粉末狀或薄片狀

加工成型因素：對材料潛能的損耗與破壞

即使配方設(shè)計優(yōu)良，不當(dāng)?shù)募庸み^程也會嚴重損耗TPE固有的抗磨損性能，甚至引入致命缺陷。

塑化與分散不良導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)不均

在擠出或注塑過程中，如果加工溫度不足，或螺桿剪切混合效果不佳，會導(dǎo)致物料塑化不均。這意味著配方中的各組分，特別是填料、色母和橡膠相，未能實現(xiàn)微觀尺度上的均勻分散。局部的填料團聚或橡膠相富集區(qū)，其力學(xué)性能與整體存在顯著差異。在摩擦受力時，這些不均勻區(qū)域因其不同的模量和強度，會成為應(yīng)力集中點，裂紋更容易在此萌生和擴展，導(dǎo)致材料從這些薄弱點開始脫落。塑化不良還會導(dǎo)致材料內(nèi)部存在未完全熔融的晶點或凝膠， 這些硬質(zhì)點在受力時會像“微型刀具”一樣劃傷周圍的基體，或自身脫落形成大顆粒碎屑。

降解與分子鏈斷裂

加工過程中的熱機械降解是對材料鏈結(jié)構(gòu)的直接破壞。過高的熔體溫度、過長的物料在料筒內(nèi)停留時間，或是過大的螺桿剪切速率，都會導(dǎo)致TPE分子鏈，尤其是橡膠相長鏈分子的斷裂。分子量的下降直接意味著材料力學(xué)性能的全面衰退，包括抗拉強度、斷裂伸長率和耐磨性。這種降解通常從熔體與高溫金屬接觸的表面開始，形成一層已降解的弱邊界層。雖然制品成型后外觀可能正常，但這層弱邊界層是磨損時最先失效的部分。

成型缺陷與表面完整性

模具設(shè)計或工藝不當(dāng)會在制品中引入先天性缺陷，這些缺陷是磨損掉屑的優(yōu)先起點。如果模具排氣不暢，因氣會產(chǎn)生表面氣泡或縮孔，這些位置的材料連續(xù)性被破壞，強度極低。熔體流動前沿匯合不良形成的熔接痕，其區(qū)域強度通常只有本體的60-80%，是明顯的薄弱線。脫模時若頂出力過大或頂針設(shè)計不當(dāng)，會造成制品表面局部損傷（頂白、拉傷），這些微裂紋在后續(xù)使用中會迅速擴展。此外，過快的冷卻速率可能導(dǎo)致制品表層與內(nèi)層結(jié)晶形態(tài)或相分離結(jié)構(gòu)差異巨大， 產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力會降低材料抵抗外部機械應(yīng)力的能力，加速磨損和開裂。

后處理與二次加工的影響

一些TPE制品需要進行表面處理，如噴涂、印刷、電暈處理以改善附著力。如果處理過度，例如電暈處理功率過大或時間過長，會嚴重破壞TPE表面的分子結(jié)構(gòu)，發(fā)生過度氧化甚至裂解，形成一層脆弱、粉化的表面層，極易脫落。如果涂層材料與TPE基體的硬度、模量、熱膨脹系數(shù)不匹配，在動態(tài)彎折或摩擦下，涂層可能率先開裂、剝落，并連帶將TPE基體表層一起剝離下來。

加工因素類別	具體問題	導(dǎo)致掉屑的機制	改進方向
塑化與分散	溫度偏低，剪切不足	填料/橡膠相分散不均，形成局部薄弱點	優(yōu)化溫度曲線，確保充分塑化與混合
熱機械歷史	熔溫過高，螺桿轉(zhuǎn)速過快	聚合物分子鏈斷裂降解，形成弱邊界層	采用溫和加工溫度與剪切速率
成型缺陷	模具排氣不良，存在熔接痕	引入氣泡、縮孔、弱結(jié)合線等先天性缺陷	優(yōu)化模具設(shè)計與工藝，消除缺陷
后處理工藝	表面處理（如電暈）過度	表面層過度氧化降解，形成脆弱層	精確控制處理參數(shù)，避免過度

使用環(huán)境與工況因素：外部應(yīng)力的挑戰(zhàn)

TPE制品在實際使用中所處的環(huán)境和所受的應(yīng)力，是誘發(fā)磨損掉屑的直接外部條件。

摩擦副的特性與接觸條件

對磨材料的性質(zhì)是決定磨損機制的關(guān)鍵。當(dāng)TPE與一個比它硬得多的表面（如金屬、玻璃、硬質(zhì)塑料）發(fā)生摩擦?xí)r，容易發(fā)生磨粒磨損，硬質(zhì)表面的微凸體或環(huán)境中的硬質(zhì)顆粒會像銼刀一樣犁削TPE表面，產(chǎn)生卷曲狀的磨屑。當(dāng)TPE與一個表面能較高、較光滑的表面接觸并伴有微小滑動時，可能發(fā)生粘著磨損，TPE表面的分子鏈會與對磨面發(fā)生粘附，在剪切力作用下被拉出、斷裂并脫落。接觸應(yīng)力的大小和方式也至關(guān)重要。過高的接觸壓力會超過TPE的彈性極限，導(dǎo)致表層材料發(fā)生嚴重的塑性變形和疲勞。往復(fù)滑動或滾動摩擦比單向滑動更易引發(fā)疲勞磨損，導(dǎo)致材料表層在交變應(yīng)力下產(chǎn)生微觀裂紋并擴展，最終形成片狀剝落。

環(huán)境介質(zhì)的侵蝕與溶脹

許多TPE制品需要在油類、化學(xué)溶劑或戶外環(huán)境中使用。油類，特別是礦物油，對某些TPE有溶脹作用。溶脹會使TPE體積膨脹，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，同時降低其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，使材料在常溫下變得過于柔軟，強度和模量大幅下降。這種被軟化的材料在摩擦中更容易被撕裂、轉(zhuǎn)移。某些化學(xué)溶劑甚至可能萃取TPE中的增塑劑或低分子組分，使表面干涸、脆化。戶外環(huán)境中的紫外線、臭氧和濕氣會協(xié)同作用，引發(fā)TPE表面的光氧老化和臭氧老化，生成易于粉化的龜裂層。

動態(tài)疲勞與形變發(fā)熱

對于需要頻繁往復(fù)運動、彎曲或壓縮的TPE部件，動態(tài)疲勞是主要的失效模式。每一次形變都會在材料內(nèi)部，特別是應(yīng)力集中處消耗能量，產(chǎn)生微小的損傷累積。反復(fù)的形變還會導(dǎo)致材料內(nèi)部發(fā)熱，如果熱量不能及時散逸，局部溫升會顯著降低TPE的強度，加速分子鏈的運動和重排，使得磨損和疲勞裂紋的擴展速度大大加快。這種熱機械疲勞效應(yīng)是許多密封件、減震件在長期動態(tài)使用后掉屑失效的核心原因。

系統(tǒng)性診斷與綜合解決策略

面對磨損掉屑問題，需要建立一個從宏觀到微觀、從外因到內(nèi)因的系統(tǒng)性診斷流程。

第一步是現(xiàn)場信息收集與分析。仔細觀察掉屑的形態(tài)：是細小粉末，還是片狀、卷曲狀碎屑？掉屑發(fā)生在部件的哪個具體位置？是接觸面，還是彎曲部位？了解工況：對磨材料是什么？接觸壓力、運動方式、頻率如何？有無介質(zhì)存在？

第二步是初步排查與驗證。檢查材料批次是否變更，回料比例是否超標?；仡櫦庸すに噮?shù)，特別是溫度、螺桿轉(zhuǎn)速有無異常波動。用放大鏡或顯微鏡觀察磨損表面形貌，尋找裂紋起源點、填料裸露或熔接痕等線索。

第三步是針對性測試與分析。可進行簡單的對比試驗，比如在相同條件下與歷史表現(xiàn)良好的批次進行摩擦測試。有條件的話，對掉屑部位和正常部位取樣，進行FTIR分析表面化學(xué)基團變化，或進行DSC、TGA分析熱性能和組分，判斷是否有降解或添加劑損失。

綜合解決策略需要多管齊下。在材料層面，優(yōu)化配方是根本。選擇高分子量、氫化度的基體聚合物。嚴格控制增塑劑用量，必要時使用聚合型增塑劑。選用小粒徑、經(jīng)表面活性處理的填料，并控制添加量。強化穩(wěn)定體系，特別是抗氧和抗臭氧劑。

在加工層面，優(yōu)化工藝是關(guān)鍵。確保充分的塑化和均勻的分散，避免過高的加工溫度和剪切速率。優(yōu)化模具設(shè)計，消除排氣、熔接痕等缺陷。控制冷卻速率，減少內(nèi)應(yīng)力。

在設(shè)計與使用層面，進行適應(yīng)性匹配。根據(jù)實際工況選擇合適的TPE硬度和類型。優(yōu)化部件設(shè)計，避免尖銳棱角，降低局部應(yīng)力。改善工作環(huán)境，如增加潤滑、降低表面粗糙度、避免有害介質(zhì)等。

相關(guān)問答

問：我們的TPE密封條在窗戶上使用一段時間后，與玻璃接觸的邊緣出現(xiàn)白色粉狀碎屑，這是什么原因？
答：這很可能是一種典型的磨粒磨損與臭氧/紫外線老化共同作用的現(xiàn)象。首先，密封條與玻璃之間存在持續(xù)的微動摩擦和壓力，玻璃表面雖然光滑，但其硬度遠高于TPE，長期作用會產(chǎn)生微細的磨粒磨損。其次，白色粉末狀碎屑通常表明材料表面發(fā)生了嚴重的氧化降解。窗戶位置長期暴露在陽光和空氣中，紫外線會破壞TPE分子鏈（尤其是SBS中的不飽和鍵），臭氧攻擊也會導(dǎo)致表面分子鏈斷裂，形成粉化層。兩者結(jié)合，摩擦不斷將已老化的脆弱表層磨削下來，形成白粉。建議從材料端提升耐候性，如選用SEBS基TPE，并添加足量的抗UV劑和抗臭氧劑。同時，檢查密封條裝配松緊度，避免過壓。

問：為了提高TPE的耐磨性，添加更多的潤滑劑（如硅酮母粒）是否正確？
答：這是一個需要謹慎權(quán)衡的策略。添加硅酮等潤滑劑確實可以降低TPE表面的摩擦系數(shù)，減少摩擦生熱和粘著磨損的傾向，對改善某些情況下的耐磨性有幫助。但是，潤滑劑過量添加或分散不均，會大幅降低材料的內(nèi)聚強度和表層硬度，可能導(dǎo)致材料在受力時更容易發(fā)生塑性流動和撕裂，產(chǎn)生另一種形式的磨損掉屑。此外，潤滑劑可能遷移到表面，影響后續(xù)的粘接或印刷。正確的做法是，在保證材料基本力學(xué)性能的前提下，少量、均勻地添加合適的潤滑劑，并務(wù)必通過嚴格的摩擦磨損測試來驗證效果。

問：如何快速判斷掉屑主要是由材料配方問題還是加工問題引起的？
答：一個實用的初步判斷方法是：觀察掉屑的普遍性和磨損面的形貌。如果掉屑在同一批次的所有制品、甚至多個批次的相同部位都頻繁發(fā)生，且磨損面在顯微鏡下能看到大量裸露的填料顆?；蛎黠@的相分離結(jié)構(gòu)，那么很大概率是配方本身存在缺陷，如填料過多、相容性差。如果掉屑是偶發(fā)的、僅出現(xiàn)在特定模具腔或生產(chǎn)時段，且磨損面能看到明顯的流痕、氣泡或未熔融的凝膠點，則應(yīng)重點排查加工過程，如塑化溫度、螺桿狀態(tài)、模具排氣等。當(dāng)然，最可靠的方法是對比分析正常樣品與掉屑樣品的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。

問：對于已生產(chǎn)的存在掉屑風(fēng)險的TPE制品，是否有辦法進行表面處理以改善？
答：對于已成型制品，補救措施有限，但可嘗試一些表面處理來延緩問題。如果掉屑主要源于表面過于脆弱或發(fā)粘，可以考慮使用溫和的溶劑（如異丙醇）清潔表面，去除可能存在的弱邊界層或析出物。對于某些不接觸食品或人體的工業(yè)部件，可嘗試噴涂一層極薄的、附著力好且柔韌的透明保護涂層，將TPE基體與外界摩擦副隔開。但這種方法對涂層的匹配性要求極高，否則可能脫落。更根本的解決方案是，對后續(xù)生產(chǎn)從材料和工藝上進行改進，并對已入庫的風(fēng)險批次進行隔離和評估。

問：在設(shè)計階段，如何從結(jié)構(gòu)上降低TPE部件磨損掉屑的風(fēng)險？
答：好的設(shè)計能預(yù)防問題。首先，避免尖銳的棱角和邊緣，所有接觸面或可能摩擦的部位，盡量采用圓角或倒角設(shè)計，以分散應(yīng)力，防止應(yīng)力集中導(dǎo)致的撕裂。其次，在允許的情況下，優(yōu)化配合公差，避免過盈配合造成的過大裝配應(yīng)力，適當(dāng)?shù)拈g隙有時能減少磨損。對于需要滑動摩擦的部位，可以設(shè)計儲油槽或潤滑結(jié)構(gòu)。另外，考慮將易磨損部位設(shè)計為可單獨更換的模塊化結(jié)構(gòu)。最后，與材料工程師充分溝通，根據(jù)部件不同區(qū)域所受的應(yīng)力類型，考慮采用硬度漸變或復(fù)合共擠的設(shè)計，在需要耐磨的部位使用更高硬度、更耐磨的TPE牌號。

結(jié)論

TPE彈性體的磨損掉屑，是一個從分子界面到宏觀系統(tǒng)、從靜態(tài)材料到動態(tài)環(huán)境的綜合性問題。它可能始于配方中一粒未經(jīng)良好包裹的填料，成長于加工中一次不經(jīng)意的溫度失控，最終爆發(fā)于使用中一種不匹配的摩擦接觸。解決這一問題，沒有單一的妙藥，唯有建立起貫穿材料科學(xué)、加工工程與產(chǎn)品應(yīng)用的全鏈條認知。理解磨損的多種機制，識別掉屑的具體形貌，追溯其從內(nèi)生到外顯的全過程，是制定有效對策的前提。在材料研發(fā)端，追求更均勻的相態(tài)、更強的界面與更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；在加工制造端，恪守溫和、均勻、精準的工藝窗口；在產(chǎn)品設(shè)計端，預(yù)判應(yīng)力、匹配工況。唯有如此，才能賦予TPE制品以堅韌的表皮，使其在動態(tài)的世界中持久服役，歷久彌新。對抗磨損，本質(zhì)上是材料工程師與失效規(guī)律之間一場永無止境的對話與博弈。